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Luz a partir del vacío

Área: Física — Lunes, 4 de Marzo de 2013

Confirman la obtención de fotones a partir de las fluctuaciones cuánticas del vacío.

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El concepto de “la nada” ha evolucionado según el ser humano ha ido descubriendo cómo funciona la Naturaleza. En un principio se creía que el aire era la nada, hasta que en la antigua Grecia se descubrió que el funcionamiento de una clepsidra ponía de manifiesto que un espacio sin objetos líquidos o sólidos contenía todavía algo: aire. Posteriormente llamamos vacío a ese espacio cuanto retirábamos el aire que contenía. El avance en estos conceptos permitió el desarrollo de máquinas neumáticas, bombas de agua, etc.
La tentación de dotar de propiedades al vacío llevó a los físicos a equivocarse profundamente, como cuando propusieron el éter. Este concepto del éter fue barrido por los resultados experimentales.
Con la llegada del siglo XX y el desarrollo de la Mecánica Cuántica se pudo deducir que el vacío, aunque no contenga materia, contiene partículas virtuales, partículas que se crean y se destruyen obedeciendo el principio de incertidumbre. El vacío, por tanto, contiene fluctuaciones cuánticas continuamente y esas fluctuaciones, esas partículas virtuales que aparecen y desaparecen, tienen una influencia sobre todo lo demás.
Esa influencia del vacío se puede calcular teóricamente y medir experimentalmente. Así por ejemplo, el desplazamiento Lamb de los espectros atómicos o la modificación del momento magnético del electrón tienen su origen en esas fluctuaciones del vacío. Esta renormalización del vacío es ahora básica en nuestra compresión del Universo y es usada para tratar de demostrar conceptos como la supersimetría, porque esas hipotéticas partículas supersimétricas también deben de aparecer en esas fluctuaciones y tener su influencia sobre todo lo demás (hasta el momento esto no ha sido comprobado experimentalmente con éxito).
Hace 40 años G. Moore propuso que si un espejo se movía a velocidad relativista en el vacío se generarían fotones reales (en contraposición a los virtuales) que podrían verse directamente. Según predice la teoría cuántica, un espejo que se mueve muy rápido puede absorber energía de los fotones virtuales en su superficie y reemitir esa energía como fotones reales, pero el efecto sólo se da si la velocidad de movimiento es comparable a la de la luz, cosa que hoy en día no se puede hacer con un dispositivo mecánico. Digamos que se podía generar luz de “la nada”. Es lo que se llamó efecto Casimir dinámico.
El efecto Casimir normal fue propuesto por primera vez por Henrik Casimir en 1948 y no fue medido experimentalmente con precisión hasta 1997. Según este efecto, si se colocan dos placas metálicas muy cerca entre sí se estable una presión de radiación que fuerza a las placas a juntarse. Cuando se dispone de dos placas metálicas de este modo se establece una cavidad en la que las fluctuaciones del interior, al sentirse constreñidas, producen menor presión de radiación que las fluctuaciones del exterior. El resultado es que aparece una fuerza neta que trata de juntar las placas.
El efecto Casimir puede ser explicado como un mal emparejamiento de los modos del vacío en el espacio. El efecto Casimir dinámico surge del mal emparejamiento de los modos en el tiempo. Según se mueve el espejo cambia la estructura de los modos espaciales del vacío. Se podría decir que detrás del efecto se consigue evitar la aniquilación de una partícula con su antipartícula de algún modo y entonces emerge como partícula real que puede ser detectada.
Hace poco tiempo se empezó a tener resultados experimentales sobre el efecto Casimir dinámico. Ahora un grupo de científicos de la Universidad Aalto ha mostrado aún más claramente que del vacío se pueden extraer fotones.
En su experimento no se empleó los espejos habituales a los que estamos acostumbrados, sino que se usó un “espejo magnético” cuya posición podría ser cambiada de tal modo que los fotones virtuales del vacío puede obtener una existencia real. Para el experimento se usó una formación de SQUIDs, que son dispositivos de interferencia cuántica muy sensibles al campo magnético. Aplicando un campo magnético se podía cambiar la velocidad de la luz en el sistema. Variando ese campo magnético pudieron extraer fotones de microondas del ruido cuántico del vacío.
Aunque el resultado ya no es el primero de su tipo, confirma definitivamente la demostración experimental del efecto Casimir dinámico.
Los investigadores especulan que este tipo de experimentos pueden permitir en el futuro el estudio de horizontes de sucesos y de la radiación Hawking que emerge de ellos. Esto podría ayudar a los cosmólogos en sus estudios.
Todavía no contamos con una teoría cuántica de la gravedad, pero se ha propuesto que cuando de la realidad se elimina el espacio-tiempo queda un vacío aún más vacío: un vacío de espacio-tiempo. Se cree que un universo puede aparecer a partir de una fluctuación cuántica de un vacío de espacio-tiempo de ese tipo. De nuevo, la idea de vacío o “nada” cambia y parece que siempre queda “algo”. Lo malo es que quizás nunca podamos comprobar experimentalmente estos últimos aspectos del vacío.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4050

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo orighinal.
Observan el efecto Casimir dinámico.
Ilustración: Aalto Universidad.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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10 Comentarios

  1. LLuís:

    Vaya, hoy parece ser un día de descubrimientos o confirmaciones de ideas importantes.He estado leyen un trabajo, que parece superar en algunos aspectos el Principio de Incertidumbre.Por lo que leí, parece que unos investigadores en la Universidad de Rochester y otros en la de Ottawa han aplicado un recientemente desarrollada técnica para medir directamente por vez primera los estados polarizados de la luz, con una precisión tal, que parece superar la incertidumbre de Heisenberg.
    Me permito sugerirte, Neo,que le eches un vistazo y si te parece importante (creo que lo es) que lo publiques aquí y nos des tu visión del asunto.
    Saludos.

  2. NeoFronteras:

    Estimado LLuís:
    La noticia está ya localizada. Lo que será difícil es encontrar tiempo para redactarla. De todos modos tampoco es muy importante.

  3. tomás:

    ¡Caramba! Pues sí que ha de ser importante tal cosa. Lo que pasa es que nuestro Neo, sabe demasiado, como el de la película. Baja a la tierra de mi ignorancia y abónala con tu conocimiento cuanto puedas. Bueno, ya lo haces, quizá te estoy pidiendo en exceso.
    Recibid, amigo LLuís, amigo Neo, todo mi reconocimiento y un fuerte abrazo.

  4. NeoFronteras:

    Ahí va:
    http://neofronteras.com/?p=4056

  5. tomás:

    ¡Jo! Pues si no es importante y es de tan duro digerir,ha de haberte costado lo tuyo la exposición. Gracias por todo y espero que mi querido amigo LLuís pueda decir algo más sustancioso. Prometo volver a leerla.

  6. r:

    Leer, leer, leer… este sitio es el paraíso de la Ciencia.

    Gracias.

  7. Fabián Núñez Baquero:

    Parecería que, en definitiva, no existe el vacío ni la nada, su equivalente. En cualquier estrato de la más mínima densidad posible siempre está presente energía o materia en movimiento. Los sucesos cuánticos y el momento magnético del electrón así lo confirman.Me parece que el fotón y las ondas son elementos materiales- no virtuales- dentro y fuera de los sistemas gravitatorios.La existencia de la nada, como la del cero y los números imaginarios expresan la realidad material del universo.

  8. tomás:

    Por el mero filosofar, estimado Fabián, lo que dices parece inapelable. Dentro del Universo la nada es imposible pues, como mínimo, la energía oscura habría de atravesar cualquier “volumen de nada” que existiese. Seguramente, muchas otras acciones a distancia. Así pues habría de hallarse en el exterior del Universo, pero ¿qué es el exterior del Universo? ¿quizá una infinita nada en espera de ser llenada? Porque en ese caso podríamos -no sé- decir que esa nada es un espacio exterior. No sé si esta cuestión podrá ser respondida algún día.
    Un cordial saludo.

  9. Fabián Núñez Baquero:

    Gracias, amigo Tomás, por tomar en cuenta mi opinión. Sé que el mero “filosofar” puede aparecer inapelable o no serlo, pero no me negarás que plantea fecundas perspectivas que la ciencia haría bien en tomarlas en cuenta.Pero, además,si no estoy mal, la física parece haber llegado a la evidencia sobre la existencia de 12 micropartículas- siendo la última el bosson de Higgs- micropartículas que cuestan mucho trabajo encontrarlas y que parecen no ocupar espacio o ser nada, pero son tan materiales y con espacio-tiempo en su constitución como cualquier objeto material si bien a escala micromínima.Por lo demás, para la constatación de la existencia de estos “ladrillos” básicos de la materia los científicos no han necesitado salir al espacio exterior o fuera del universo porque al parecer todo, absolutamente todo está dentro de él.

  10. tomás:

    He de admitir que tienes razón, especialmente en ese “… todo, absolutamente todo está dentro de él”. Pero entonces me pregunto ¿donde o hacia donde se expansiona el Universo? Si fuese como un pastel de piñones y estos sus cúmulos galácticos, habría de ir ocupando más “nada” exterior; si fuese como la superficie de un globo, también, al hacerse mayor. Sólo si fuese infinito, pero esto es de difícil digestión.
    Mi mejor saludo.

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